2021 Fiscal Year Annual Research Report
半導体量子構造による円偏光の高偏極長スピン寿命電子への変換
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19K05313
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
竹内 淳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80298140)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 半導体量子構造 / スピントロニクス / 化合物半導体 / スピン緩和 / 時間分解測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体中のスピンの自由度を利用すれば従来のエレクトロニクスでは実現できなかった新しい機能をデバイスに付加できる。特に円偏光からスピン偏極電子への高効率の変換の実現は新たな光スピントロニクスデバイスの開発に重要である。また、この変換の実現によってスピントランジスタ等の動作実証に不可欠の高いスピン偏極率を持つスピン偏極電子の注入も可能となる。本研究は、半導体量子構造を用いて「円偏光」を「高いスピン偏極率を有するスピン偏極電子」に変換し半導体中に注入することを目的とする。
光励起によるスピン偏極率の向上を図るには、ヘビーホールとライトホールのエネルギー準位の分離のために井戸幅が狭い方がのぞましい。一方で、井戸幅狭いとスピン緩和時間が短くなるという課題が存在する。そこで、これを解決するために狭い量子井戸で作ったスピン偏極電子を幅の広い量子井戸にトンネル効果を利用して移して長寿命化を図る。この目的のために、タイプI型量子井戸(GaAs)の隣にバリア層（AlGaAs）を介してタイプII型量子井戸(AlAs)を積層したタイプII型トンネル双量子井戸のトンネル時間とスピン緩和時間を測定した。その結果、AlGaAsバリア層が異なるサンプルにおいて、励起光強度を上げた際のスピン緩和時間の変化が異なることが明らかになった。2021年度はまた、スピン緩和時間の長時間化をはかるために低温成長GaAsのスピン緩和時間の成長温度依存性とBeドープｐ型GaAsのスピン緩和時間のドーピング濃度依存性を調べた。昨年度に続いて新型コロナ感染症の影響により、学生の登校時間が例年より大幅に減ったため、学生の測定技術の向上が困難であった。2021年度は、教員及び学生のワクチン接種後に、実験の遅れを取り戻すべく努力し、いくつかの有益な実験データが得られたが、それらをとりまとめて外部発表を行うのに時間を要している。
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